热值测量原理

热值测量原理

一、 公司简介

德国尤尼公司生产热值、华白仪已有一百多年历史，到目前为止世界各地工业企业及市政煤气厂使用18000多台尤尼公司产品。其优良的质量，良好的性能，合理的价格，及时、优质的服务得到世界各地用户的认可。

德国尤尼公司生产的热值仪，是一种在线式连续测量仪器，适合于多种场合多种燃气或混合气热值的测量，主要应用于：

1．气体热值的连续监测；

2．监视或控制石油液化气和空气的混合燃料中的混合比值；

3．监视或控制冶金企业高炉、焦炉、转炉煤气热值及各种混合燃气混合比

值；

4．在以燃气为燃料的各种工业炉窑的温度控制系统；

5．煤（制）气厂，玻璃及陶瓷工业中，华白指数的检测与控制； 6．适用于任何两种或多种燃气配比、控制；

7．与流量计同时使用，可用于燃气热量的精确计算。 二、 热值仪的主要技术参数

1．型号：Smart 2002系列

2．测量范围：可燃烧的任何洁净气体 3．精度：（热值/华白、比重）±0.8%FS 4．线性度：±0.2%FS 5．重复性：±0.5%FS

6．输出：热值、比重、华白指数 4～20mA 7．环境温度：5～38℃

8．供电电源：220/115V，50/60HZ（可选），1.9A 9．输入压力：2～3KPa

10．耗气量：15～200 l/h（与燃气种类有关） 11．响应时间：4 秒（本机） 12．可选：

① 保护输出（超上限、下限、或指定） ② RS232/RS485接口

③ 8路24VDC，1A报警继电器触电输出。

三、 测量原理

尤尼热值仪是根据热平衡原理进行测量的。热值计算公式：

通过把煤气华白和比重准确测量出来分别输入到微处理器中，经过计算得到燃气热值。

1．华白指数测量

华白指数是通过热电堆测出来的。如下图所示，被测燃气进入热值仪后，通过7、8减压稳压阀，在此根据燃气种类及燃气热值范围不同有特殊设计的喷嘴及助燃空气喷嘴，不同孔径的喷嘴保证了燃气和助燃空气的最佳燃烧配比，然后进入燃烧器2混合燃烧。另外，风机通过变频器将一定量的空气送入燃烧室上方与燃气燃烧后的热废气进行混合，热电堆测出混合气体的温度，在燃气量、空气量及环境条件不变的情况下，华白指数与所测温度成正比。

华白指数

解释： 在燃气工程中，对不同类型燃气间互换时，要考虑衡量热流量大小的特性指数。当燃烧器喷嘴前压力不变时，燃具热负荷Q与燃气热值H成正比，与燃气相对密度的平方根s1/2成反比，而H/ s1/2称为华白数。华白数是代表燃气特性的一个参数。设两种燃气的热值和密度均不相同，但只要它们的华白数相等，就能在同一燃气压力下和同一燃具上获得同一热负荷。如果其中一种燃气的华白数较另一种大，则热负荷也较另一种大。因此华白数又称热负荷指数。如果两种燃具有相同的华白数，则在互换时能使燃具保持相同的热负荷和一次空气系数。如果置换气的华白数比基准气大，则在置换时燃具热负荷将增大，而一次空气系数将减少。因此华白数是一个互换性指数。各国规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于±5％～10％。

粗热值：是指1Nm3燃气完全燃烧后，其烟气被冷却至原始温度，而

其中的水蒸气以凝结水状态排出时，所放出的热量。

净热值：是指1Nm3燃气完全燃烧后，其烟气被冷却至原始温度，但

其中的水蒸气仍为蒸气状态时，所放出的热量。

大卡÷

=华白指数

1Kcal=4.1819KJ

粗热值? 高热值 净热值? 低热值

2．比重测量

尤尼热值仪配备有专门的比重测量单元。所谓比重就是燃气与空气的密度比。其测量原理如下图所示。

它是按阿加密度计原理工作的。在无燃气进入上腔情况下,那么上腔,下腔都

是空气,这时电压激励比重单元中间的隔膜振荡器振动鼓膜，压力传感器测出的振幅为A0, A0对应的比重为1(即这时比重=空气密度/空气密度),如果燃气进入上腔,振幅变为A1,则振幅差△A= A1- A0.变成电信号经过整流、滤波形成一个和燃气比重成正比的0-5VDC信号,该信号输入到CPU就可折算出真实的比重的大小，控制燃气进入比重测量单元上腔的流量稳定就可准确测出燃气的比重.

四、热值仪+预处理房间平面布局图

注：热值仪安装位置不要正对着门和空调。

五、热值仪+预处理房间立面布局图 防爆自动加热恒温采样管 (或蒸汽保温管）4分不锈钢球阀取出口3D D燃气主管道 排风扇 热值仪房间夏天空调过程气管φ8mm 960mm A点 200mm4*φ10安装孔采样标定 单元500mm（4分变预处理 920mmΦ8变径）500mm4分不锈 钢球阀920mm软管 220VAC 7A热值仪 1020长*750宽*320厚 沉降罐900mmΦ80*300mm 900mm标气 注：热值仪及预处理系统均壁挂安装 3000mm 地沟 六、预处理装置测量原理

φ8mm30mm30mm50mm防风防雨帽白铁皮烟囱内径φ108mmB点不锈钢换能器内部烟囱φ6mm70mm220VAC 3A4-20mADC信号输出六芯屏蔽电缆系统接地<5欧姆冬天暖气 预处理装置是热值测量系统中重要和关键的部分，样气处理效果的好坏将直接影响到热值测量任务的成败。 1、 原理框图

2、 原理叙述：

燃气预处理系统是德国UNION公司采用国际先进的处理过程气中杂质技术，针对中国冶金行业的高、焦、转炉煤气杂质含量高而专门设计的。煤气通过取样、两级粗过滤、气水分离、精细过滤、除去其中水份、灰尘、焦油、萘、硫化氢物等有害杂质确保热值测量仪表不受腐蚀，稳压后送出干净的气体供给热值仪主机分析测量，确保热值仪正常、准确、稳定运行。 3、 配置包括：

双套——水洗装置、加热装置、两级粗过滤器组、制冷系统、气水分离器、精细过滤器、减压、稳压、电气控制单元。 4、技术特点：

（1）部件都选用耐高温、耐腐蚀材料。

（2）采用冗余保证热值测量在线连续性。

（3）过滤器堵塞不需更换，通过清洗剂清洗后可以常年反复使用。

（4）经过处理后杂质含量：焦油<0.5mg/m3、萘<0.5mg/m3、硫化氢全部除去、灰尘<5μ的颗粒、水份全部除去。

总之，本套预处理装置的过滤部分全部耐高温、耐腐蚀，可反复使用；采用先进的制冷技术，控温性能好；过滤效果显著、维护量小、运行费用低、性能稳定可靠。经过许多中国用户运行验证，已得到用户认可！

热值仪测量的基本概念：

定量燃气与定量空气混合燃烧后，燃烧的发热量使得参与燃烧的介质温度升高ΔT

H------燃气的发热量(KJ/m3)

Fg-----燃气的流量(m3/h)

Fs-----燃烧后混合气的流量(m3/h)

CPs----燃烧后混合气的定压比热(KJ/m3.℃)

因为空气流量Fa与燃气流量Fg的比值很大 Fa∶Fg =50~200∶1 所以 CPa≈ CPs

Fs = Fa + Fg ≈Fa (1+g)

0

Fa----空气的流量(m3/h)

CPa----空气的定压比热(KJ/m3.℃)

g------- 燃气与空气的流量比

采用流量孔板测量燃气流量和空气流量可分别用下式表达：

ΔPa---------------孔板前后的空气差压（Pa） ΔPg---------------孔板前后的燃气差压（Pa） ρa ---------------空气密度（Kg/m3） ρg ---------------燃气密度（Kg/m3） Ka ---------------空气孔板常数 Kg ---------------燃气孔板常数

将（3）、（4）代入（2）

令：

当两差压相等或恒定时燃气的热值为：

K-------------计算系数

由上式可测得热值或热值指数（华白指数 Wobbe Index） W.I = K.△T W.I---------------华白指数 Wobbe Index

r =

r----------------燃气相对密度

H = W.I . r

由上式可见当ΔPa、ΔPg一定时W.I与ΔT成正比，连续测量ΔT就等于连续测量W.I

同时如能测得燃气的相对密度就能得到该燃气的热值。 K一般通过标定获得。

UNION的热值仪上配置有能连续测量过程燃气密度的高精度阿加密度计。

干燥空气的密度是0.001239g/㎝3

各种不同气体可以由此计算出对应比重，因此我们也称之为比重单元。

SMART系列热值仪工作原理：

当符合要求的1~3Kpa标准样气或过程气通过输入电磁阀选择进入热值仪后，经过一级稳压减压阀后稳定在8mbar，再经过比重单元稳压减压阀使比单元获得4mbar的稳定差压输入，该数值通过比重差压变送器测得并送至A/D转换后在显示器上显示。

比重单元测得气体的比重，该数值通过比重差压变送器测得并送至A/D转换后在显示器上显示，并参与热值计算。

被测气体再进入二级稳压减压阀后稳定在4mbar，进入空气煤气分配器，该数值通过煤气压力变送器测得并送至A/D转换后在显示器上显示。同时进入空气煤气分配器的还有一次助燃空气，它来自由变频器控制的变频风机，该风机与安装在二次助燃空气管道上的孔板和空气差压变送器及A/D转换器组成闭环控制系统，使燃烧系统获得稳定的助燃空气，空气差压为4mbar该数值通过空气差压变送器测得并送至A/D转换后在显示器上显示，并参与控制。

空气煤气分配器上有煤气和空气喷嘴，它们的作用是精确配比两者，根据测量范围喷嘴的结构和尺寸有所不同，充分混合的并符合要求气体进入燃烧器，自动点燃，与二次助燃空气在此充分燃烧，燃烧的混合气体温度升高，与燃烧前混合气体温度有一温差既△T。该数值由热电堆测得，并送至A/D转换后在显示器上显示，并计算出

华白指数在显示器上显示，该数值同时参与热值计算。

上述一系列检测与控制装置获得的数据和稳定的测量状态，过程控制，是在增强型CPU统一控制下进行的，一切相关数据都可以有选择的在液晶显示器上显示。热值、比重、华白三种主要参数有历史曲线记录，该记录可以选择磁盘或打印拷贝方式输出。

该设备可以方便的进行标定，根据用户需要可选择自动或手动标定。

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